Monika Landgraf
Leiterin Gesamtkommunikation Pressesprecherin
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KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
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Während eines Erntetages fallen sowohl Zeiten mit hoher als auch mit relativ geringer Arbeitsbelastung an – ein Assistenzsystem soll nun beim Ausgleich unterstützen (Foto:
Claas KGaA mbH)
Getreide – zur Herstellung von Nahrungsmitteln und Tierfutter – ist neben Fleisch und Gemüse die Haupteinnahmequelle in der Landwirtschaft. Bedeutendste Getreideart im deutschen Acker- bau ist Weizen mit einer Anbaufläche von rund 3,1 Millionen Hek- tar im Jahr 2019. Trotz modernster Maschinen gibt es bei der Ernte Phasen einerseits sehr hoher und andererseits relativ ge- ringer Arbeitsbelastung. Forscherinnen und Forscher des Karls- ruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln nun ein automa- tisiertes Assistenzsystem, das – orientiert am aktuellen Bean- spruchungsniveau – Handlungsempfehlungen ausgeben, damit beim Ausgleich unterstützen und so insgesamt das Wohlbefin- den steigern kann.
Bei der Ernte kombiniert ein Mähdrescher mehrere Arbeitsschritte:
Über das Schneidwerk nimmt er das Getreide auf und befördert es in das Dreschwerk, in dem es gedroschen wird. Danach wird das Dreschgut gereinigt und gelangt in den Korntank, von dem aus es ab- transportiert wird. Intelligente und vernetzte Systeme prägen bereits
Fahrerkabine 4.0: Automatisiertes Belastungsmanagement
Agrarsysteme der Zukunft: Forscherinnen und Forscher des KIT entwickeln anpassungsfähige Mensch-Maschine-Schnittstelle für Mähdrescher
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Presseinformation
Nr. 057 | ase | 08.07.2020
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heute den landwirtschaftlichen Alltag: Knapp 82 Prozent der deut- schen Landwirtinnen und Landwirte setzen digitale Technologien ein.
„Landwirtschaftliche Erntemaschinen mit einem hohen Automatisie- rungsgrad können mit GPS-Lenksystemen, Sensoren oder Farm- und Managementsystemen bereits viele Arbeitsschritte eigenständig aus- führen", sagt Patrick Lehr vom Institutsteil Mobile Arbeitsmaschinen (Mobima) am Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) des KIT.
„Dank solcher Systeme lässt sich die Zeit auf dem Mähdrescher auch nutzen, sich um andere Dinge zu kümmern, beispielsweise Ma- nagementaufgaben.“
Über den Erntetag verteilt – der häufig mindestens zehn Stunden lang ist – fallen sowohl Zeiten mit hoher als auch mit vergleichsweise nied- riger Arbeitsbelastung an: „Verschiedene Studien haben gezeigt, dass es für den Menschen am angenehmsten ist, sich in einem mitt- leren Beanspruchungsniveau zu bewegen“, erläutert Lehr. Hier set- zen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Mobima und des Instituts für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation (ifab) an und entwickeln ein Assistenzsystem, das Fahrerinnen und Fahrern abhängig vom aktuellen Beanspruchungsniveau Aufgaben zur Bear- beitung empfiehlt. „Sinnvolle Zusatzaufgaben für Phasen geringer Be- lastung kommen aus der Buchhaltung, dem Personal- oder Material- management sowie dem privaten Aufgabenfeld. Diese könnten sonst erst nach der Feldarbeit erledigt werden“, erklärt Lehr. „Andererseits ist gerade beim Andreschen – also wenn der Fahrer die Arbeit auf einem neuen Feld beginnt – höchste Aufmerksamkeit gefragt. Da ist dann ein Ausblenden aller irrelevanten Informationen wichtig“. So wirke das System einer Unter- und Überforderung entgegen und halte die Daueraufmerksamkeit kontinuierlich aufrecht.
Intelligente Systeme erkennen Belastung
Die neuartige Fahrerkabine besteht aus mehreren Teilsystemen. Da- bei geht es vor allem darum, zu erkennen, wie sehr die Fahrerin oder der Fahrer aktuell beansprucht ist. In Studien untersuchen die For- scherinnen und Forscher vom ifab den Belastungszustand mittels Bli- ckerfassung (Eye-Tracking). Auch ein Fitnessarmband, das mithilfe von Lichtsignalen den Puls ermittelt und so das Stresslevel messen kann, sei vorstellbar. „Mit diesem Input können wir dann Handlungs- empfehlungen erstellen“, erklärt Lehr. Diese sollen dann künftig über eine auf Augmented Reality (AR) basierende Schnittstelle ins Sicht- feld des Fahrers projiziert werden, um die Kabine nicht mit Bedienele- menten zu überladen.
Die an das Beanspruchungsniveau anpassungsfähige Mensch-Ma- schine-Schnittstelle habe ökologische, ökonomische sowie gesell-
Automatisierte Assistenzsysteme sollen Landwirtinnen und Landwirte künftig dabei unterstützen, durchgehend auf mittlerem Be- anspruchungsniveau zu arbeiten (Foto:
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schaftliche Vorteile, so Lehr. Durch die digitale Vernetzung der Fah- rerkabine werden für die Ernte hilfreiche Informationen wie Wettervor- hersagen oder Daten zur Bodenbelastung eingebunden. „Nicht zu- letzt kann das neuartige technische System auch den Arbeitsplatz und das Berufsbild insgesamt attraktiver machen“, erläutert Lehr.
Nachdem die Arbeitsgruppe des Mobima inzwischen alle Anforderun- gen gesammelt und daraus Konzepte für die einzelnen Teilsysteme erstellt hat, entwickeln sie nun konkrete technische Lösungen, die den Zustand der Fahrerin oder des Fahrers erfassen und Interaktionen er- möglichen. Dafür testen sie das System in einem Demonstrator. In einem separaten Versuch zur Zustandserfassung messen sie die Auslastungsgrenze von Probanden, in dem diese eine Hauptaufgabe auf dem Feld, wie das Dreschen, und wahlweise noch eine Neben- aufgabe im Management erledigen. Um die Wünsche und Bedürf- nisse der Landwirtinnen und Landwirte hier direkt einbeziehen zu kön- nen, hat das Team bereits im Vorfeld Betriebsleitungen, Fahrende und landwirtschaftliche Dienstleister befragt. „Die Mehrheit konnte sich vorstellen, in Zukunft die Zeit, in der der Mähdrescher automa- tisch arbeitet, auch anderweitig zu nutzen, insbesondere die immer wichtiger werdende Dokumentationspflicht wurde vermehrt genannt“, sagt Lehr.
Die Untersuchungen der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des KIT sind Teil des Verbundprojekts „Fahrerkabine 4.0: Entwicklung einer beanspruchungsadaptiven Nutzerschnittstelle für Landmaschi- nenbetreiber“. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung för- dert das Projekt mit insgesamt drei Millionen Euro – davon erhält das KIT etwa 1,4 Millionen Euro. Weitere Projektbeteiligte sind die Univer- sität Hohenheim, das Startup R3DT, die Firma InMach, das Unterneh- men Budde Industrie Design sowie der europäische Marktführer von Erntemaschinen CLAAS.
Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“
schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen
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maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaf- ten zusammen. Seine 24 400 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaft- lichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.
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